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取之不尽的能源十年后到来?首部商用核融合发电主机计划于 2027 年运转

2024-11-02 217

大戈一家名为 Tri Alpha Energy(以下简称 TAE)的美国公司刚刚获得了 5 亿美元的融资,将用来开发可以商用的核融合技术,以彻底取代石化能源。由于核融合燃料可来源于海水,所以核融合的燃料几乎是取之不尽。但是相比于现今采用的核分裂技术,要真正实现核融合则要难得多。

核融合,是将两个较轻的核结合而形成一个较重的核和一个很轻的核(或粒子)的一种核反应形式。如果要进行核融合反应,首先必须提高物质的温度,使原子核和电子分开,处于这种状态的物质称为“电浆”。但由于原子核带正电,彼此间会互相排斥,所以很难使其彼此互相接近。若要克服其相斥的力量,就必须适当地控制电浆的温度、密度和维持时间,此三项条件缺一不可。

先前,TAE 的设备能够让热电浆在摄氏 1,000 万度的温度下,稳定地保持 5 毫秒,如今这个数字已经达到了 11.5 毫秒。据了解,当温度上升到摄氏 1,000 万度时,氘、氚核的平均飞行速度达到每秒 300 公里,此时电浆的压力为 1,000 万个大气压以上。在这种条件下,通过氘和氚核相互碰撞,会有一部分核发生融合反应。

TAE 称,将使用这笔资金来改进设备,让电浆在更高的温度环境下保持更长的稳态时间。他们预测,将在 2027 年推出世界上第一台商用核融合反应炉。

TAE 研究的是一种特定类型的核融合能源:将氢原子加热到极高的温度后(比太阳表面的温度摄氏 5, 500 度还要高),会产生由自由电子和带电离子组成的电浆。当电浆中的离子相互碰撞融合时,就会结合成新的原子,并释放大量的能量。

虽然这是一个相对简单的概念,但最大的难题是需要将气体加热到如此高的温度。目前,还没有任何一种材料能够承受如此高的温度

多年来,为了解决这个难题,科学家们提出了两种主流办法:一种是惯性约束核融合,缩短引爆的时间;另一种是磁约束核融合,控制引爆的范围。TAE 选择使用后者。

TAE 宣称自己已经在反应炉的设计上有了突破:让电浆在长管型的设备中碰撞来产生热量。根据《科学》杂志的报导,这个团队将磁铁围绕在一个雪茄形的装置上,用来发射不同角度的电浆束。

在高能粒子束的作用下,使氢原子核硼原子能够保持在电浆状态。“这是一个很大的难题,但是他们似乎找到了控制的方法。”TAE 的竞争对手 Energy / Matter Conversion Corporation 告诉《科学》杂志。

不过,TAE 并未公开更多详细的讯息。但是《科学》杂志已经确认,TAE 正在计划打造一个核融合管道,将能够达到更高的温度,并维持更长的时间。

据报导,透过这种方法,科学家们曾将气体加热到摄氏 1,000 万度,并保持 11.5 毫秒,之所以没有达到更高的温度,是因为燃料用尽了。

据了解,这个团队准备利用获得的 5 亿美元来改进现有的设备──C-2U,计划将其所能达到的温度提高 10 倍至 1 亿摄氏度,这是设计核融合反应炉需要达到的温度。

目前人类已经可以实现不受控制的核融合,如氢弹的爆炸,但是可控核融合仍然处在实验阶段,要实现真正的商用还有很长的路要走。对于 TAE 能否依靠 5 亿美元在 2027 年推出商用的核融合反应炉,这里要打上一个大大的问号。

(本文由《雷锋网》授权使用;图片来源:Tri Alpha Energy)

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2019-03-14 04:30:00

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